(57)【要約】【課題】ガスクーラ内を流れる冷媒を冷却させるための冷却媒体の温度が高い環境下で、冷凍サイクルの高圧側の圧力を高めつつ冷凍サイクルの低圧側の圧力を下げる制御を行うコンテナ用冷凍装置において、高段側の圧縮機から吐出される冷媒の温度を低く抑えることを可能にする。【解決手段】エコノマイザ回路５０は、ガスクーラ２７を、低段圧縮機２１と高段圧縮機２２との間に合流させる回路である。このエコノマイザ回路５０には、バイパス開閉弁５４を有しており、エコノマイザ熱交換器４１をバイパスさせるようにバイパス回路５３が設けられている。制御ユニット７は、高段吐出冷媒配管３４を流れる冷媒温度が上昇した場合に、バイパス開閉弁５４を開状態にすることで、吐出冷媒温度を下げる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低段圧縮機構（２１）と、高段圧縮機構（２２）と、ガスクーラ（２７）と、膨張機構（４３、４５）および蒸発器（４６）を有するコンテナ用冷凍装置（１０）であって、
前記ガスクーラから前記蒸発器側に向かう冷媒の一部を、前記低段圧縮機構から前記高段圧縮機構に向かう冷媒に合流させるように導くエコノマイザ回路（５０）と、
前記エコノマイザ回路を流れる冷媒と、前記ガスクーラから前記蒸発器側に向かう冷媒と、の間で熱交換を行わせるエコノマイザ熱交換器（４１）と、
前記エコノマイザ回路の途中の前記エコノマイザ熱交換器の上流側部分と下流側部分とを、前記エコノマイザ熱交換器を介することなく接続するバイパス回路（５３）と、
開閉状態の切換えが可能もしくは弁開度を調節が可能であり、前記バイパス回路の途中に設けられたバイパス弁（５４、２５４）と、
前記エコノマイザ回路の途中に設けられた中間膨張弁（５２、２５２）と、
前記高段圧縮機構から吐出される冷媒の温度もしくは過熱度の値、もしくは、前記高段圧縮機構に吸入される冷媒の温度もしくは過熱度の値、または、前記値のいずれかに等価な物理量を検出する検出部（６３、６４、６６、６７）と、
前記検出部の検出値が上昇することによって第１所定条件を満たさなくなった場合に、前記低段圧縮機構から前記高段圧縮機構に向かう冷媒に対して前記エコノマイザ回路から合流する冷媒合流量を増大させるように、前記中間膨張弁（５２、２５２）の弁開度を調節し、かつ、前記バイパス弁（５４、２５４）の開閉状態を切換えるもしくは前記バイパス弁（５４、２５４）の弁開度を調節する制御部（７）と、
を備えたコンテナ用冷凍装置（１０）。
【請求項２】
前記制御部は、前記中間膨張弁（５２、２５２）の弁開度が所定開度以上である状態で、前記検出部の検出値が上昇することによって前記第１所定条件を満たさなくなった場合に、閉状態から開状態に切換えるかもしくは弁開度が上がるように前記バイパス弁（５４、２５４）を制御する、
請求項１に記載のコンテナ用冷凍装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記中間膨張弁（５２、２５２）の弁開度が全開である状態で、前記検出部の検出値が上昇することによって前記第１所定条件を満たさなくなった場合に、閉状態から開状態に切換えるかもしくは弁開度が上がるように前記バイパス弁（５４、２５４）を制御する、
請求項２に記載のコンテナ用冷凍装置。
【請求項４】
前記バイパス弁（５４）は、開閉弁であり、
前記中間膨張弁（５２）は、前記エコノマイザ回路の途中であって、前記バイパス回路と前記エコノマイザ回路との接続部分のうち上流側部分よりもさらに上流側に設けられている、
請求項１から３のいずれか１項に記載のコンテナ用冷凍装置。
【請求項５】
前記バイパス弁（２５４）は、通過する冷媒流量を調節可能な膨張弁であり、
前記中間膨張弁（２５２）は、前記エコノマイザ回路の途中であって、前記バイパス回路と前記エコノマイザ回路との接続部分のうち上流側部分と、前記エコノマイザ熱交換器の入口と、の間に設けられている、
請求項１から３のいずれか１項に記載のコンテナ用冷凍装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記検出部の検出値が上昇することによって前記第１所定条件を満たさなくなった時点で、
前記中間膨張弁（２５２）が非全開状態であれば、前記中間膨張弁（２５２）の弁開度を上げ、
前記中間膨張弁（２５２）が全開状態であれば、前記バイパス弁（２５４）の弁開度を上げる、
という第１制御を行う、
請求項５に記載のコンテナ用冷凍装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記第１制御を行った後に、前記中間膨張弁（２５２）が全開状態になっているにもかかわらず、前記検出部の検出値の低下程度が第２所定条件を満たさない場合に、
前記中間膨張弁（２５２）の弁開度を下げる動作と、前記バイパス弁（２５４）の弁開度を上げる動作と、を同時に行う、
という第２制御を行う、
請求項６に記載のコンテナ用冷凍装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記第２制御を行った後に、前記検出部の検出値の低下程度が前記第２所定条件を満たした場合に、
前記中間膨張弁（２５２）の弁開度を上げる動作と、前記バイパス弁（２５４）の弁開度を下げる動作と、を同時に行う、
という第３制御を行う、
請求項７に記載のコンテナ用冷凍装置。
【請求項９】
前記低段圧縮機構の吐出側から前記高段圧縮機構の吸入側に向かう冷媒を冷却させるインタークーラ（２４）をさらに備えた、
請求項１から８のいずれか１項に記載のコンテナ用冷凍装置。
【請求項１０】
前記冷媒は、二酸化炭素冷媒である、
請求項１から９のいずれか１項に記載のコンテナ用冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンテナ用冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクルを行う冷凍装置には、コンテナの庫内を冷却するコンテナ用冷凍装置がある。このような冷凍装置としては、例えば、特許文献１（特開２０１１―１１２２７０号公報）に記載のように、ガスクーラを庫外に配置し、蒸発器を庫内に配置したコンテナ用冷凍装置が挙げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したようなコンテナ用冷凍装置は、様々な環境下で、様々な制御条件下で用いられる。例えば、コンテナ用冷凍装置は、庫外の気温が非常に高い環境下であって、かつ、庫内を冷蔵させるのでなく冷凍させるような制御条件下で用いられることがある。
【０００４】
このように、ガスクーラ内を流れる冷媒を冷却させるための冷却媒体の温度が高い環境下では、蒸発器での能力を得るために、多段圧縮冷凍サイクルにおける高圧側の圧力を高める制御が行われる。
【０００５】
さらに、庫内を冷凍させるために蒸発器を用いる等、蒸発圧力が低くなるような制御が行われる場合には、冷凍サイクルにおける低圧側の圧力を下げる制御が行われる。
【０００６】
このように、ガスクーラ内を流れる冷媒を冷却させるための冷却媒体の温度が高い環境下で、多段圧縮冷凍サイクルの高圧側の圧力を高めつつ冷凍サイクルの低圧側の圧力を下げる制御を行うコンテナ用冷凍装置では、高段側の圧縮機から吐出される冷媒温度が異常に高くなってしまう。このように、高段側の圧縮機から吐出される冷媒温度が高くなると、冷凍機油が劣化してまったり、圧縮機に用いられているモータ等が焼損してしまう等の問題がある。
【０００７】
他方、多段圧縮冷凍サイクルでは、冷凍サイクルのガスクーラを通過した冷媒の一部をエコノマイザ熱交換器を通過させ、その冷媒を、高圧側と低圧側との間の中間圧力の部分に対してインジェクションさせることにより、冷凍能力を向上させることができる。この多段圧縮冷凍サイクルにおいて、冷凍サイクルの中間圧力の部分に冷媒がインジェクションさせることで、上記の高段側の圧縮機から吐出される冷媒温度を下げることが考えられる。
【０００８】
ところが、ガスクーラに供給する冷却媒体の温度が高い環境下で、冷凍サイクルの高圧側の圧力を高めつつ冷凍サイクルの低圧側の圧力を下げる制御を行っているコンテナ用冷凍装置では、冷凍サイクルの中間圧力の部分にインジェクションされる冷媒（すなわち、エコノマイザ熱交換器を通過した後の冷媒）は、すでに大きな過熱度を有している。このため、高段側の圧縮機に吸入される冷媒温度を下げる効果が十分でなく、高段側の圧縮機から吐出される冷媒の温度を十分に低減させることができない。
【０００９】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、ガスクーラ内を流れる冷媒を冷却させるための冷却媒体の温度が高い環境下で、冷凍サイクルの高圧側の圧力を高めつつ冷凍サイクルの低圧側の圧力を下げる制御を行うコンテナ用冷凍装置において、高段圧縮機構から吐出される冷媒の温度を低く抑えることを可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１観点に係るコンテナ用冷凍装置は、低段圧縮機構と、高段圧縮機構と、ガスクーラと、膨張機構および蒸発器を有するコンテナ用冷凍装置であって、エコノマイザ回路、エコノマイザ熱交換器、バイパス回路、バイパス弁、中間膨張弁、検出部、および、制御部を備えている。エコノマイザ回路は、ガスクーラから蒸発器側に向かう冷媒の一部を、低段圧縮機構から高段圧縮機構に向かう冷媒に合流させるように導く。エコノマイザ熱交換器は、エコノマイザ回路を流れる冷媒と、ガスクーラから蒸発器側に向かう冷媒と、の間で熱交換を行わせる。バイパス回路は、エコノマイザ回路の途中のエコノマイザ熱交換器の上流側部分と下流側部分とを、エコノマイザ熱交換器を介することなく接続する。バイパス弁は、開閉状態の切換えが可能、もしくは、弁開度を調節が可能である。このバイパス弁は、バイパス回路の途中に設けられている。中間膨張弁は、エコノマイザ回路の途中に設けられている。検出部は、高段圧縮機構から吐出される冷媒の温度もしくは過熱度の値、もしくは、高段圧縮機構に吸入される冷媒の温度もしくは過熱度の値、または、これらの値のいずれかに等価な物理量を検出する。制御部は、検出部の検出値が上昇することによって第１所定条件を満たさなくなった場合に、低段圧縮機構から高段圧縮機構に向かう冷媒に対してエコノマイザ回路から合流する冷媒合流量を増大させるように、中間膨張弁の弁開度を調節し、かつ、バイパス弁の開閉状態を切換えるもしくはバイパス弁の弁開度を調節する。なお、上記高段圧縮機構と低段圧縮機構とは、共通の駆動軸を有しており共通に駆動されるものであってもよいし、個別の駆動軸を有するものであり別々に駆動されるものであってもよい。圧縮機構は、高段圧縮機構と低段圧縮機構の２つだけでなく、３つ以上の多段圧縮機構を有して構成されていてもよい。
【００１１】
このコンテナ用冷凍装置では、冷凍サイクルのガスクーラを通過した冷媒の一部をエコノマイザ熱交換器を通過させ、その冷媒を、高圧側と低圧側との間の中間圧力の部分に対してインジェクションさせることにより、冷凍能力を向上させることができる。
【００１２】
なお、一般の冷凍装置において、ガスクーラ内を流れる冷媒を冷却させるための冷却媒体の温度が高い環境下であって、かつ、冷凍等の目的で低い蒸発圧力で冷凍サイクルが行われる制御条件下では、高段圧縮機構から吐出される冷媒の温度の異常上昇が生じうる。これに対して、このコンテナ用冷凍装置では、エコノマイザ回路を通じて高段圧縮機構の吸入側にインジェクションされる冷媒によって、高段圧縮機構の吐出冷媒の温度を低くする冷却効果が得られる。
【００１３】
さらに、エコノマイザ回路を通じて高段圧縮機構の吸入側にインジェクションされる冷媒が、エコノマイザ熱交換器での熱交換後に過熱状態になる場合には、上記冷却効果が不十分になる状態が生じうる。これに対して、このコンテナ用冷凍装置では、さらに、エコノマイザ回路におけるエコノマイザ熱交換器の上流側と下流側とを接続するバイパス回路が設けられており、エコノマイザ回路を流れる冷媒量のうち、エコノマイザ熱交換器を通過する冷媒量を下げることができる。これにより、エコノマイザ回路を通じて高段圧縮機構の吸入側にインジェクションされる冷媒が、エコノマイザ熱交換器を通過することで熱交換される熱交換量を低減することができる。したがって、エコノマイザ回路を通じて高段圧縮機構の吸入側にインジェクションされる冷媒によって、高段圧縮機構の吐出冷媒の温度を低くする冷却効果をさらに高めることができる。
【００１４】
本発明の第２観点に係るコンテナ用冷凍装置は、第１観点に係るコンテナ用冷凍装置において、制御部は、中間膨張弁の弁開度が所定開度以上である状態で、検出部の検出値が上昇することによって第１所定条件を満たさなくなった場合に、閉状態から開状態に切換えるかもしくは弁開度が上がるようにバイパス弁を制御する。なお、この中間膨張弁の所定開度は、全開であってもよいし、全開よりも開度の小さく全閉ではない開度であってもよい。
【００１５】
このコンテナ用冷凍装置では、中間膨張弁の弁開度が所定開度以上とすることで、エコノマイザ回路を通じた、高圧側と低圧側との間の中間圧力の部分に対する冷媒のインジェクションが可能になる。そして、エコノマイザ熱交換器内を通過することによって、中間圧力の部分に対してインジェクションさせる冷媒が暖められてしまうことを抑制できる。これにより、高段圧縮機構の吸入冷媒の温度を低下させることができ、高段圧縮機構の吐出冷媒の温度を下げることが可能になる。
【００１６】
本発明の第３観点に係るコンテナ用冷凍装置は、第２観点に係るコンテナ用冷凍装置において、制御部は、中間膨張弁の弁開度が全開である状態で、検出部の検出値が上昇することによって第１所定条件を満たさなくなった場合に、バイパス弁を制御して、閉状態から開状態に切換えるか、もしくは、弁開度を上げる。
【００１７】
このコンテナ用冷凍装置では、中間膨張弁の弁開度が全開状態となっており、これ以上中間膨張弁の弁開度を上げることができない状態であるため、エコノマイザ回路を通じた中間圧力の部分に対する冷媒のインジェクション量をさらに高めることができない。
【００１８】
これに対して、ここでは、制御部が、バイパス弁を制御して、閉状態から開状態に切換えるか、もしくは、弁開度を上げる。このため、エコノマイザ熱交換器内を通過することによって、中間圧力の部分に対してインジェクションさせる冷媒が暖められてしまうことを抑制することができる。これにより、中間膨張弁の弁開度が全開状態となっており、これ以上中間膨張弁の弁開度を上げることができない状態であっても、高段圧縮機構の吸入冷媒の温度を低下させることができ、高段圧縮機構の吐出冷媒の温度を下げることが可能になる。
【００１９】
本発明の第４観点に係るコンテナ用冷凍装置は、第１観点から第３観点のいずれかに係るコンテナ用冷凍装置において、バイパス弁は、開閉弁である。中間膨張弁は、エコノマイザ回路の途中であって、バイパス回路とエコノマイザ回路との接続部分のうち上流側部分よりもさらに上流側に設けられている。
【００２０】
このコンテナ用冷凍装置では、エコノマイザ回路を流れる冷媒流量を、中間膨張弁の弁開度制御によって調節することができる。そして、この中間膨張弁は、エコノマイザ回路の途中であって、バイパス回路とエコノマイザ回路との接続部分のうち上流側部分よりもさらに上流側に設けられている。このため、中間膨張弁を通過した冷媒のうち、エコノマイザ熱交換器側に流れようとする冷媒は、エコノマイザ熱交換器内を流れるための圧力損失を受ける。他方、中間膨張弁を通過した冷媒のうち、バイパス弁が全開状態であるバイパス回路側に流れようとする冷媒は、上記エコノマイザ熱交換器内を流れようとする冷媒に比べて圧力損失が小さい。このため、バイパス弁を安価な開閉弁とした構成であっても、エコノマイザ熱交換器側を流れる冷媒量を抑えつつ、バイパス回路を流れる冷媒量を増大させることができる。
【００２１】
本発明の第５観点に係るコンテナ用冷凍装置は、第１観点から第３観点のいずれかに係るコンテナ用冷凍装置において、バイパス弁は、通過する冷媒流量を調節可能な膨張弁である。中間膨張弁は、エコノマイザ回路の途中であって、バイパス回路とエコノマイザ回路との接続部分のうち上流側部分と、エコノマイザ熱交換器の入口と、の間に設けられている。
【００２２】
このコンテナ用冷凍装置では、エコノマイザ回路を流れる冷媒流量を、中間膨張弁の弁開度制御によって調節することができる。そして、この中間膨張弁は、エコノマイザ回路の途中であって、バイパス回路とエコノマイザ回路との接続部分のうち上流側部分と、エコノマイザ熱交換器の入口と、の間に設けられている。このため、エコノマイザ回路を流れる冷媒のうちエコノマイザ熱交換器側を流れる冷媒量とバイパス回路側を流れる冷媒量との合計量は、中間膨張弁の弁開度制御とバイパス弁の弁開度制御によって調節することができる。しかも、エコノマイザ回路を流れる冷媒のうち、エコノマイザ熱交換器側を流れる冷媒量とバイパス回路側を流れる冷媒量との比率についても、中間膨張弁の弁開度制御とバイパス弁の弁開度制御によって調節することができる。これにより、エコノマイザ回路を流れる冷媒量の調整により得られるエコノマイザ効果を調整しつつ、且つ、エコノマイザ回路を通じて高段圧縮機構の吸入側にインジェクションされる冷媒によって高段圧縮機構の吐出冷媒の温度を低くする冷却効果の程度も調節することが可能になる。
【００２３】
なお、上記第５観点のコンテナ用冷凍装置では、バイパス弁が開閉弁である場合と比べて、以下の効果が得られる。例えば、バイパス弁が開閉弁であり閉状態である場合において、中間膨張弁が全開状態でありこれ以上弁開度を上げることができない状態で、冷却効果を高めようとすると、閉状態であったバイパス弁を、全開状態に切り換えるしかない。この場合には、エコノマイザ熱交換器を通過する冷媒量を微調節することが困難になってしまい、冷却効果が過剰になってしまったり、詳細な冷却効果の調節が困難になる。これに対して、上記第５観点のコンテナ用冷凍装置では、冷却効果をより詳細に調節することが可能になっている。
【００２４】
本発明の第６観点に係るコンテナ用冷凍装置は、第５観点に係るコンテナ用冷凍装置において、制御部は、第１制御を行う。第１制御は、検出部の検出値が上昇することによって第１所定条件を満たさなくなった時点で、中間膨張弁が非全開状態であれば、中間膨張弁の弁開度を上げ、中間膨張弁が全開状態であれば、バイパス弁の弁開度を上げる制御である。
【００２５】
このコンテナ用冷凍装置では、第１制御を行うことで、中間膨張弁かバイパス弁のいずれかの弁開度が上げられることにより、バイパス回路の冷媒流量を増大させることができる。ここで、低段圧縮機構から高段圧縮機構に向かう冷媒に対してエコノマイザ回路を通じてインジェクションされる冷媒合流量を増大せる場合に、中間膨張弁の開度が全開になるまではバイパス弁の開度を上げないようにすることができる。このため、エコノマイザ熱交換器を通過する冷媒量をできるだけ確保させることができる。これにより、高段圧縮機構から吐出される冷媒温度が異常上昇することを防ぎつつ、できるだけエコノマイザ効果を得ることが可能になる。
【００２６】
本発明の第７観点に係るコンテナ用冷凍装置は、第６観点に係るコンテナ用冷凍装置において、制御部は、第２制御を行う。第２制御では、制御部は、第１制御を行った後に、中間膨張弁が全開状態になっているにもかかわらず、検出部の検出値の低下程度が第２所定条件を満たさない場合に、中間膨張弁の弁開度を下げる動作と、バイパス弁の弁開度を上げる動作と、が同時に行う。
【００２７】
このコンテナ用冷凍装置では、第１制御を行って、中間膨張弁が全開状態になっている状態で、高段圧縮機構から吐出される冷媒温度をさらに低下させたい場合が生じうる。ここで第２制御を行うことで、低段圧縮機構から高段圧縮機構に向かう冷媒に対してエコノマイザ回路を通過してインジェクションされる冷媒について、エコノマイザ熱交換器を通過する際の熱交換量を小さく抑えることができる。これにより、インジェクションされる冷媒の状態について、さらに、過熱度を下げる、もしくは、乾き度を下げることができる。しかも、中間膨張弁の弁開度とバイパス弁の弁開度を少しずつ調節することにより、インジェクションされる冷媒の過熱度や乾き度を微調整することが可能である。このため、エコノマイザ熱交換器を通過する冷媒流量の低下に伴うエコノマイザ効果の低下の程度を小さく抑えながら、高段圧縮機構から吐出される冷媒温度を低下させることが可能になる。
【００２８】
本発明の第８観点に係るコンテナ用冷凍装置は、第７観点に係るコンテナ用冷凍装置において、制御部は、第３制御を行う。第３制御では、制御部は、第２制御を行った後に検出部の検出値の低下程度が第２所定条件を満たした場合に、中間膨張弁の弁開度を上げる動作と、バイパス弁の弁開度を下げる動作と、を同時に行う。
【００２９】
このコンテナ用冷凍装置では、低段圧縮機構と高段圧縮機構との間にインジェクションされる冷媒について、エコノマイザ熱交換器を通過する際の熱交換の程度（熱交換量）を高めることができる。このため、エコノマイザ熱交換器側を通過する冷媒量とバイパス回路側を通過する冷媒量とを調節してすることで高段圧縮機構が吐出する冷媒の温度を低く維持しながら、エコノマイザ熱交換器を通過する冷媒流量を増大させることによって、エコノマイザ効果を増大させることができる。
【００３０】
本発明の第９観点に係るコンテナ用冷凍装置は、第１観点から第８観点のいずれかに係るコンテナ用冷凍装置において、低段圧縮機構の吐出側から高段圧縮機構の吸入側に向かう冷媒を冷却させるインタークーラをさらに備えている。
【００３１】
このコンテナ用冷凍装置では、低段圧縮機構から吐出した冷媒は、インタークーラを通過することで冷却される。このため、高段圧縮機構が吸入する冷媒の温度を低下させることができる。これにより、高段圧縮機構が吐出する冷媒の温度を低下させることが可能になる。
【００３２】
本発明の第１０観点に係るコンテナ用冷凍装置は、第１観点から第９観点のいずれかに係るコンテナ用冷凍装置において、冷媒は、二酸化炭素冷媒である。
【００３３】
このコンテナ用冷凍装置では、二酸化炭素を冷媒として用いている。このため、高段圧縮機構から吐出される冷媒の圧力が臨界圧力を超えて超臨界状態となるような冷凍サイクルが行われることがあり、高段圧縮機構から吐出される冷媒は、高温になりやすい。これに対して、このコンテナ用冷凍装置では、高段圧縮機構の吐出冷媒の温度が高温となる条件下で運転される冷媒が用いられた場合であっても、高段圧縮機構の吐出冷媒の温度の異常上昇を抑制できる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の第１観点に係るコンテナ用冷凍装置では、高段圧縮機構の吐出冷媒の温度を低くする冷却効果をさらに高めることができる。
【００３５】
本発明の第２観点に係るコンテナ用冷凍装置では、高段圧縮機構の吸入冷媒の温度を低下させることができ、高段圧縮機構の吐出冷媒の温度を下げることが可能になる。
【００３６】
本発明の第３観点に係るコンテナ用冷凍装置では、中間膨張弁の弁開度が全開状態となっており、これ以上中間膨張弁の弁開度を上げることができない状態であっても、高段圧縮機構の吸入冷媒の温度を低下させることができ、高段圧縮機構の吐出冷媒の温度を下げることが可能になる。
【００３７】
本発明の第４観点に係るコンテナ用冷凍装置では、バイパス弁を安価な開閉弁とした構成であっても、エコノマイザ熱交換器側を流れる冷媒量を抑えつつ、バイパス回路を流れる冷媒量を増大させることができる。
【００３８】
本発明の第５観点に係るコンテナ用冷凍装置では、エコノマイザ回路を流れる冷媒量の調整により得られるエコノマイザ効果を調整しつつ、且つ、エコノマイザ回路を通じて高段圧縮機構の吸入側にインジェクションされる冷媒によって高段圧縮機構の吐出冷媒の温度を低くする冷却効果の程度も調節することが可能になる。
【００３９】
本発明の第６観点に係るコンテナ用冷凍装置では、高段圧縮機構から吐出される冷媒温度が異常上昇することを防ぎつつ、できるだけエコノマイザ効果を得ることが可能になる。
【００４０】
本発明の第７観点に係るコンテナ用冷凍装置では、エコノマイザ熱交換器を通過する冷媒流量の低下に伴うエコノマイザ効果の低下の程度を小さく抑えながら、高段圧縮機構から吐出される冷媒温度を低下させることが可能になる。
【００４１】
本発明の第８観点に係るコンテナ用冷凍装置では、エコノマイザ熱交換器側を通過する冷媒量とバイパス回路側を通過する冷媒量とを調節してすることで高段圧縮機構が吐出する冷媒の温度を低く維持しながら、エコノマイザ熱交換器を通過する冷媒流量を増大させることによって、エコノマイザ効果を増大させることができる。
【００４２】
本発明の第９観点に係るコンテナ用冷凍装置では、高段圧縮機構が吸入する冷媒の温度を低下させることにより、高段圧縮機構が吐出する冷媒の温度を低下させることが可能になる。
【００４３】
本発明の第１０観点に係るコンテナ用冷凍装置では、高段圧縮機構の吐出冷媒の温度が高温となる条件下で運転される冷媒が用いられた場合であっても、高段圧縮機構の吐出冷媒の温度の異常上昇を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態に係るコンテナ用冷凍装置が採用された冷凍車両の概略構成図である。
【図２】コンテナ用冷凍装置の前面側から見た概略斜視図である。
【図３】コンテナ用冷凍装置の概略配置構成図である。
【図４】コンテナ用冷凍装置の冷媒回路図である。
【図５】バイパス開閉弁が閉状態である通常制御時の冷凍サイクルのＰＨ線図である。
【図６】バイパス開閉弁が開状態で行われる冷凍サイクルのＰＨ線図である。
【図７】システム構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る制御フローチャートである。
【図９】他の実施形態（７−１）に係る冷媒回路図である。
【図１０】他の実施形態（７−１）に係る制御フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態の例であるコンテナ用冷凍装置１０を挙げて説明する。
【００４６】
図１に、コンテナ用冷凍装置が採用された冷凍車両の概略構成図を示す。図２に、コンテナ用冷凍装置１０の前面側から見た概略斜視図を示す。図３に、コンテナ用冷凍装置１０の概略配置構成図を示す。図４に、コンテナ用冷凍装置１０の冷媒回路図を示す。図５に、冷凍サイクルのＰＨ線図を示す。図６に、システム構成のブロック図を示す。
【００４７】
（１）冷凍車両１およびコンテナ用冷凍装置１０の配置
本実施形態のコンテナ用冷凍装置１０は、図１に示すように、冷凍車両１に設けられて利用される。
【００４８】
冷凍車両１は、コンテナ２、トレーラ３、および、トラクタ４を備えている。
【００４９】
トレーラ３は、コンテナ２およびコンテナ用冷凍装置１０を積載している。
【００５０】
トラクタ４は、トレーラ３を牽引する。トラクタ４は、トレーラ３に積載されているコンテナ２をコンテナ用冷凍装置１０が取り付けられた状態で輸送することができる。
【００５１】
コンテナ２は、庫内ＩＳを、庫外ＯＳよりも低い温度に維持するために仕切られた略直方体形状の筐体であり、断熱材を含んで構成されている。コンテナ２は、図２に示すように、天面２ｃ、底面２ｂ、前面２ｆおよび図示しない背面、左右の側面を有している。このうち、コンテナ２の前面２ｆには、コンテナ用冷凍装置１０が設置されている。なお、コンテナ２の前面２ｆには、前後方向に開口した換気機構５が設けられており、庫内ＩＳを、新鮮な空気で満たされた状態を維持することが可能になっている。
【００５２】
このコンテナ２の内部の前面側には、前後方向に空間を仕切る内部仕切板８が設けられている。この内部仕切板８は、上端部分と天面２ｃとの間、および、下端部分と底面２ｂとの間、にそれぞれに隙間が設けられている。この内部仕切板８は、コンテナ２の内部空間を、内部仕切板８と前面２ｆとの間の内部収納室ＳＰ２と、内部仕切板８の背面側の庫内ＩＳと、に区画している。この内部収納室ＳＰ２には、後述する蒸発器４６、庫内ファン４７および庫内ファンモータ４７ｍ等が配置されている。この庫内ファンモータ４７ｍが駆動すると、図３に矢印Ｆ１、Ｆ２で示すように、内部仕切板８の上方の隙間を介して庫内ＩＳから内部収納室ＳＰ２へと向かう空気流れＦ１と、内部仕切板８の下方の隙間を介して内部収納室ＳＰ２から庫内ＩＳへと向かう空気流れＦ２と、が生じる。
【００５３】
また、コンテナ２の前面２ｆは、下方が、背面側に窪んで形成された凹み部分を有している。このコンテナ２の前面２ｆの凹み部分の前面側には外部仕切板６が設けられている。この外部仕切板６は、上端部分および下端部分において、それぞれ前後方向に連通した開口が設けられている。この外部仕切板６は、その背面側とコンテナ２の前面２ｆの凹み部分との間の外部収納室ＳＰ１と、庫外ＯＳと、に区画している。この外部収納室ＳＰ１には、後述する圧縮機構２３、ガスクーラ２７、インタークーラ２４、庫外ファン２８、および、庫外ファンモータ２８ｍ等が配置されている。この庫外ファンモータ２８ｍが駆動すると、図３に矢印Ｆ３、Ｆ４で示すように、外部仕切板６の下方の開口を介して庫外ＯＳから外部収納室ＳＰ１へと向かう空気流れＦ３と、外部仕切板６の上方の開口を介して外部収納室ＳＰ１から庫外ＯＳへと向かう空気流れＦ４と、が生じる。
【００５４】
コンテナ２の前面２ｆには、図２に示すように、制御ユニット７が設けられている。この制御ユニット７には、操作パネル７３が設けられており、コンテナ２の前面側から操作入力が可能になっている。
【００５５】
（２）コンテナ用冷凍装置１０の構成
コンテナ用冷凍装置１０は、図４および図６に示すように、冷凍サイクルを行うための冷媒回路１０ａ、庫外ファン２８、庫外ファンモータ２８ｍ、庫内ファン４７、庫内ファンモータ４７ｍ、制御ユニット７、および、各種センサ６１〜６９、７５〜７７、８５〜８７を有している。
【００５６】
冷媒回路１０ａは、圧縮機構２３、インタークーラ２４、ガスクーラ２７、エコノマイザ回路５０、エコノマイザ熱交換器４１、液ガス熱交換器４２、第１膨張弁４３、レシーバ４４、第２膨張弁４５、蒸発器４６、および、各種冷媒配管３１、３２、３３、３４、３５を有している。この各種冷媒配管には、低段吸入冷媒配管３１、低段吐出冷媒配管３２、高段吸入冷媒配管３３、高段吐出冷媒配管３４、高圧側接続冷媒配管３５等が含まれる。なお、この冷媒回路１０ａでは、作動冷媒として二酸化炭素冷媒が用いられている。
【００５７】
圧縮機構２３は、低段圧縮機２１と高段圧縮機２２を有している、多段圧縮機構である。低段圧縮機２１と高段圧縮機２２とは、直列に接続されており、冷媒を順次、加圧する。低段圧縮機２１は、吸入側に低段吸入冷媒配管３１が接続されており、吐出側に低段吐出冷媒配管３２が接続されている。高段圧縮機２２は、吸入側に高段吸入冷媒配管３３が接続されており、吐出側に高段吐出冷媒配管３４が接続されている。この低段圧縮機２１と、高段圧縮機２２とは、それぞれ駆動源（図示せず）が設けられており、駆動周波数の個別インバータ制御が可能になっている。
【００５８】
インタークーラ２４は、その内部を流れる冷媒の入口側が低段吐出冷媒配管３２に接続されており、出口側が高段吸入冷媒配管３３に接続されている。インタークーラ２４は、上述したように外部収納室ＳＰ１に配置されており、庫外ＯＳの空気との熱交換によって内部を流れる冷媒を冷却することができる。
【００５９】
ガスクーラ２７は、内部を流れる冷媒の入口側が高段吐出冷媒配管３４に接続されている。ガスクーラ２７も、インタークーラ２４と同様に、外部収納室ＳＰ１に配置されており、庫外ＯＳの空気との熱交換によって内部を流れる冷媒を冷却することができる。
【００６０】
庫外ファン２８および庫外ファンモータ２８ｍは、外部収納室ＳＰ１に配置されている。庫外ファンモータ２８ｍが制御ユニット７によって駆動制御されることで、庫外ファン２８が回転駆動し、インタークーラ２４およびガスクーラ２７の両方に対して、庫外ＯＳの空気を供給することができる。
【００６１】
高段側接続冷媒配管３５は、ガスクーラ２７の出口側から伸びており、エコノマイザ熱交換器４１のエコノマイザ回路５０側ではない、主回路側に接続されている。
【００６２】
エコノマイザ回路５０は、エコノマイザ冷媒配管５１、エコノマイザ膨張弁５２、バイパス回路５３、および、バイパス開閉弁５４を有している。エコノマイザ冷媒配管５１は、図４に示すように、高段側接続冷媒配管３５の途中（ガスクーラ２７の出口とエコノマイザ熱交換器４１の主回路側の入口との間）であるエコノマイザ入口Ｆから分岐し、エコノマイザ熱交換器４１を介して、高段吸入冷媒配管３３の途中（インタークーラ２４の出口と高段圧縮機２２の吸入側との間）のエコノマイザ出口Ｄまで伸びている。このエコノマイザ膨張弁５２は、エコノマイザ冷媒配管５１におけるエコノマイザ入口Ｆとエコノマイザ熱交換器４１の入口との間に設けられている。エコノマイザ膨張弁５２は、制御ユニット７によって弁開度がパルス制御されることで、微小開度の調節が可能になっており、通過する冷媒量を調節や、冷媒の減圧程度の調節を行う。バイパス回路５３は、エコノマイザ冷媒配管５１のうち、エコノマイザ熱交換器４１の上流側（一方側）と下流側（他方側）とを接続する冷媒配管である。このバイパス回路５３の上流側は、エコノマイザ冷媒配管５１のうちエコノマイザ膨張弁５２とエコノマイザ熱交換器４１の主回路側の入口との間であるバイパス入口Ｈで分岐し、エコノマイザ冷媒配管５１のうちエコノマイザ熱交換器４１の出口とエコノマイザ出口Ｄとの間であるバイパス出口Ｋまで伸びている。バイパス回路５３の途中には、バイパス開閉弁５４が設けられており、制御ユニット７によって開状態と閉状態との間で切換制御が行われる。ここで、バイパス回路５３のうちバイパス開閉弁５４とバイパス出口Ｋとの間の通過点を「バイパス通過点Ｊ」と称する。また、エコノマイザ冷媒配管５１のうちエコノマイザ熱交換器４１とバイパス出口Ｋとの間の通過点を「エコノマイザ通過点Ｉ」と称する。エコノマイザ熱交換器４１は、エコノマイザ入口Ｆからエコノマイザ回路５０に流入してエコノマイザ膨張弁５２を通過した冷媒と、エコノマイザ入口Ｆからエコノマイザ回路５０側に流れなかった冷媒（ガスクーラ２７を流出した状態の冷媒、主回路側を流れる冷媒）と、の間で、冷媒を混合させることなく、熱交換させる。
【００６３】
液ガス熱交換器４２は、エコノマイザ熱交換器４１を通過した主回路側を流れる冷媒と、低段吸入冷媒配管３１を流れる冷媒と、の間で、冷媒を混合させることなく、熱交換させる。
【００６４】
第１膨張弁４３は、エコノマイザ熱交換器４１を通過した主回路側を流れる冷媒が液ガス熱交換器４２を通過した位置に設けられている。この第１膨張弁４３は、制御ユニット７によって弁開度が制御されることで、通過する冷媒量を調節したり、冷媒の減圧程度を調節することにより冷媒を気液二相状態にする。
【００６５】
レシーバ４４は、第１膨張弁４３を通過した冷媒のうち、液冷媒だけを冷媒回路１０ａの下流側に流す。なお、レシーバ４４においては、冷媒は飽和状態になっている。
【００６６】
第２膨張弁４５は、レシーバ４４を通過した後の液冷媒が通過する位置に設けられている。この第２膨張弁４５は、制御ユニット７によって弁開度が制御されることで、通過液冷媒量を調節したり、冷媒の減圧程度の調節を行うことで冷媒を気液二相状態にする。
【００６７】
蒸発器４６は、内部を流れる冷媒の入口側が第２膨張弁４５側となるように、出口側が低段吸入冷媒配管３１側となるように配置されている。蒸発器４６は、図３に示すように、内部収納室ＳＰ２に配置されており、庫内ＩＳから内部収納室ＳＰ２に流入する空気と熱交換を行い、内部を流れる気液二相状態の冷媒が蒸発する。
【００６８】
庫内ファン４７および庫内ファンモータ４７ｍは、内部収納室ＳＰ２に配置されている。庫内ファンモータ４７ｍが制御ユニット７によって駆動制御されることで、庫内ファン４７が回転駆動し、蒸発器４６に対して、上述のように、庫内ＩＳから内部収納室ＳＰ２に流入した空気を供給することができる。
【００６９】
制御ユニット７は、図２に示すように、コンテナ２の前面側に配置されている。この制御ユニット７は、図６に示すように、ＣＰＵ７１、メモリ７２、操作パネル７３、出力部７４等を備えている。操作パネル７３は、ユーザからの各種設定を受け付けるインターフェイスであり、例えば、設定温度や、各種運転モード等の指定を受け付ける。ＣＰＵ７１は、操作パネル７３を介して入力された情報や、メモリ７２に予め格納されている情報、および、各種センサ６１〜６９、７５〜７７、８５〜８７から得られる情報に基づいて、低段圧縮機２１、高段圧縮機２２、庫外ファンモータ２８ｍ、庫内ファンモータ４７ｍ、第１膨張弁４３、第２膨張弁４５、エコノマイザ膨張弁５２、バイパス開閉弁５４のそれぞれについて制御を行う。
【００７０】
上記各種センサ６１〜６９、７５〜７７、８５〜８７としては、具体的には、低圧圧力センサ６１、低段吸入冷媒温度センサ６２、中間圧圧力センサ６３、中間冷媒温度センサ６４、高圧圧力スイッチ６５、高圧圧力センサ６６、高段吐出冷媒温度センサ６７、蒸発器流入冷媒温度センサ６８、蒸発器流出冷媒温度センサ６９、第１エコノマイザ冷媒温度センサ７５、第２エコノマイザ冷媒温度センサ７６、第３エコノマイザ冷媒温度センサ７７、庫外温度センサ８５、吸入温度センサ８６、および、吹出温度センサ８７が挙げられる。
【００７１】
低圧圧力センサ６１は、低段吸入冷媒配管３１を流れる冷媒の圧力を検知する。低段吸入冷媒温度センサ６２、低段吸入冷媒配管３１を流れる冷媒の温度を検知する。中間圧圧力センサ６３は、高段吸入冷媒配管３３のうちのエコノマイザ出口Ｄと、高段圧縮機２２の吸入側と、の間を流れる冷媒の圧力を検知する。中間冷媒温度センサ６４は、高段吸入冷媒配管３３のうちのエコノマイザ出口Ｄと、高段圧縮機２２の吸入側と、の間を流れる冷媒の温度を検知する。高圧圧力スイッチ６５は、高段吐出冷媒配管３４を流れる冷媒の圧力が、所定の保護圧力を超えた場合に作動し、制御ユニット７に運転を停止させるトリガーとして機能する。高圧圧力センサ６６は、高段吐出冷媒配管３４を流れる冷媒の圧力を検知する。高段吐出冷媒温度センサ６７は、高段吐出冷媒配管３４を流れる冷媒の温度を検知する。蒸発器流入冷媒温度センサ６８は、第２膨張弁４５を通過した後の、蒸発器４６に流入する直前の冷媒の温度を検知する。蒸発器流出冷媒温度センサ６９は、蒸発器４６を通過した直後の冷媒の温度を検知する。
【００７２】
第１エコノマイザ冷媒温度センサ７５は、エコノマイザ膨張弁５２を通過した直後の冷媒温度を検知する。第２エコノマイザ冷媒温度センサ７６は、エコノマイザ冷媒配管５１のうちエコノマイザ熱交換器４１の出口を通過した直後の冷媒温度を検知する。第３エコノマイザ冷媒温度センサ７７は、エコノマイザ冷媒配管５１のうち、バイパス出口Ｋを通過した直後の冷媒温度を検知する。
【００７３】
庫外温度センサ８５は、庫外ＯＳの外気温度を検知する。吸入温度センサ８６は、庫内ＩＳから内部収納室ＳＰ２に流入する空気温度、すなわち、庫内温度を検知する。吹出温度センサ８７は、蒸発器４６を通過した直後の空気温度を検知する。
【００７４】
以下、制御ユニット７によって、バイパス回路５３のバイパス開閉弁５４が閉状態である場合の冷凍サイクルの例、および、開状態である場合の冷凍サイクルの例を説明する。
【００７５】
（３）バイパス開閉弁５４が閉状態でのコンテナ用冷凍装置１０の冷凍サイクル例
コンテナ用冷凍装置１０の圧縮機構２３が駆動して冷凍サイクルが行われた場合には、図５のＰＨ線図に示すような冷媒の状態変化が生じる（図５におけるＡ〜Ｐの各点は、それぞれ図４の冷媒回路上の点に対応している）。
【００７６】
低段圧縮機２１は、過熱状態の冷媒（点Ａ）を吸入し、圧縮することで、中間圧力まで冷媒の圧力を上げる（点Ｂ）。
【００７７】
中間圧力まで圧力が上昇した冷媒は、インタークーラ２４を通過する際に、庫外ＯＳの空気によって冷却された後（点Ｃ）、エコノマイザ回路５０を流れた冷媒と合流し（エコノマイザ出口Ｄ）、高段圧縮機２２に吸入される。
【００７８】
高段圧縮機２２においてさらに圧力が高められ、臨界圧力を超えた冷媒（点Ｅ）は、ガスクーラ２７において庫外ＯＳの空気によって冷却される（エコノマイザ入口Ｆ）。ガスクーラ２７で冷却された冷媒の一部は、エコノマイザ回路５０側を流れ、他の一部は主回路側を流れる。
【００７９】
エコノマイザ回路５０に臨界圧力を超えた状態で流入した冷媒（エコノマイザ入口Ｆ）は、エコノマイザ膨張弁５２において臨界圧力より低い圧力まで減圧されることにより気液二相状態の冷媒となる（バイパス入口Ｈ）。
【００８０】
ここでバイパス回路５３のバイパス開閉弁５４は、閉状態であるため、エコノマイザ冷媒配管５１を流れる冷媒は、全て、エコノマイザ熱交換器４１を通過し、主回路側を流れる冷媒との間で熱交換を行った後（エコノマイザ通過点Ｉ、バイパス出口Ｋ）、高段吸入冷媒配管３３を流れる冷媒（点Ｃ）と合流する（エコノマイザ出口Ｄ）。
【００８１】
エコノマイザ熱交換器４１の主回路側を通過した冷媒（点Ｇ）は、液ガス熱交換器４２を通過し、低段吸入冷媒配管３１を流れる冷媒（点Ｐ）との間で熱交換を行い（点Ｌ）、第１膨張弁４３によって飽和状態となるまで減圧される（点Ｍ）。
【００８２】
飽和状態まで減圧された冷媒（点Ｍ）は、レシーバ４４によって飽和状態の液冷媒のみとなり（点Ｎ）、第２膨張弁４５によってさらに減圧され、気液二相状態の冷媒になる（点Ｏ）。
【００８３】
気液二相状態の冷媒（点Ｏ）は、蒸発器４６に流入し、庫内ＩＳから内部収納室ＳＰ２に流入した空気を冷やしつつ自らは加熱されることで蒸発し、過熱状態となる（点Ｐ）。
【００８４】
その後、液ガス熱交換器４２を通過することで、冷媒の過熱度がさらに高められ、低段圧縮機２１に吸入される（点Ａ）。
【００８５】
そして、以上の冷凍サイクルを繰り返す。
【００８６】
（４）バイパス開閉弁５４が開状態でのコンテナ用冷凍装置１０の冷凍サイクル例
バイパス開閉弁５４が開状態である場合には、図６のＰＨ線図に示すように、エコノマイザ回路５０を流れる冷媒のうち、エコノマイザ熱交換器４１内の通過抵抗はバイパス回路５３の通過抵抗よりも大きいため、エコノマイザ熱交換器４１を通過する冷媒量が減少し、ほとんどの冷媒がバイパス回路５３を流れている状態になる（なお、図６では、エコノマイザ熱交換器４１には冷媒が通過しない場合を示している。）。このため、エコノマイザ回路５０を流れる冷媒の大部分は、エコノマイザ熱交換器４１で暖められることなく、エコノマイザ膨張弁５２で減圧された気液二相状態のままで（バイパス入口Ｈ）、高段吸入冷媒配管３３を流れる冷媒（点Ｃ）と合流する（エコノマイザ出口Ｄ’）。
【００８７】
このため、バイパス回路５３のバイパス開閉弁５４が開状態の場合に高段圧縮機２２が吸入する冷媒は、バイパス回路５３のバイパス開閉弁５４が閉状態の場合よりも温度が低くなっている。したがって、バイパス回路５３のバイパス開閉弁５４が開状態の場合に高段圧縮機２２が吐出する冷媒（点Ｅ’）の温度も、バイパス回路５３のバイパス開閉弁５４が閉状態の場合よりも温度が低くすることができている（図６の矢印参照）。
【００８８】
（５）制御フローチャート
上記コンテナ用冷凍装置１０では、制御ユニット７は、バイパス回路５３のバイパス開閉弁５４について、閉状態を維持しつつ、操作パネル７３を介してユーザから受け付けた設定温度を実現させるように、低段圧縮機２１、高段圧縮機２２、庫外ファンモータ２８ｍ、第１膨張弁４３、第２膨張弁４５、および、庫内ファンモータ４７ｍを制御するという、通常制御を行う。
【００８９】
この通常制御においては、操作パネル７３が受け付けた設定温度、蒸発器流入冷媒温度センサ６８の検知値、蒸発器流出冷媒温度センサ６９の検知値、庫外温度センサ８５の検知値、吸入温度センサ８６の検知値（庫内温度）、および、吹出温度センサ８７の検知値に基づいて、制御ユニット７が、低段圧縮機２１、高段圧縮機２２、庫外ファンモータ２８ｍ、第１膨張弁４３、第２膨張弁４５、および、庫内ファンモータ４７ｍの制御を行う。
【００９０】
より具体的には、通常制御では、制御ユニット７は、各制御対象について、以下のように制御を行う。低段圧縮機２１は、吹出温度センサ８７が検知する温度に基づいて駆動周波数が制御される。高段圧縮機２２は、中間圧力（高段圧縮機２２の吸入圧力）を最適化するように駆動周波数が制御される。庫外ファンモータ２８ｍは、庫外温度センサ８５が検知する温度（外気温度）に基づいて定まる回転数となるように制御される。第１膨張弁４３は、高段圧縮機２２から吐出される冷媒の圧力が目標高圧圧力となるように弁開度が制御される。第２膨張弁４５は、蒸発器４６の出口を流れる冷媒の過熱度に基づいて弁開度が制御される。庫内ファンモータ４７ｍは、目標庫内温度に基づいて定めた回転数となるように回転数が制御される。
【００９１】
制御ユニット７は、この通常制御を行いながら、高段圧縮機２２から吐出される冷媒温度を把握し、吐出冷媒の温度が異常上昇した場合に、エコノマイザ膨張弁５２の弁開度を上げる、および／または、バイパス回路５３のバイパス開閉弁５４を開状態にする、という吐出温度制御を行う。吐出温度制御では、高段圧縮機２２から吐出される冷媒の温度（吐出冷媒温度Ｔｄ）が、予め定めた吐出温度上限閾値Ｔｄｕより低い温度であって、かつ、予め定めた吐出温度下限閾値Ｔｄｌよりも高い温度である所定温度範囲に維持することができるように、エコノマイザ膨張弁５２の弁開度、および／または、バイパス開閉弁５４の開閉状態の制御を行う。なお、高段圧縮機２２が吐出する冷媒の温度は、高段吐出冷媒温度センサ６７の検知値として制御ユニット７が把握する。
【００９２】
具体的な制御ユニット７による制御フローチャートを、図８に示す。
【００９３】
ステップＳ１０では、制御ユニット７は、上述の通常制御を続ける。
【００９４】
ステップＳ１１では、制御ユニット７は、吐出冷媒温度Ｔｄが、吐出温度上限閾値Ｔｄｕを超えているか否かを判断する。ここで、吐出温度上限閾値Ｔｄｕを超えている場合には、ステップＳ１２に移行する。吐出温度上限閾値Ｔｄｕを超えていない場合には、ステップＳ１０に戻り、通常制御を続ける。
【００９５】
ステップＳ１２では、制御ユニット７は、エコノマイザ膨張弁５２の弁開度が全開状態になっているか否かを判断する。ここで、エコノマイザ膨張弁５２の弁開度が未だ全開状態になっていない場合には、ステップＳ１６に移行する。エコノマイザ膨張弁５２の弁開度が既に全開状態になっていた場合には、ステップＳ１３に移行する。
【００９６】
ステップＳ１３では、制御ユニット７は、閉状態に維持されていたバイパス開閉弁５４を開状態に切り換えて、エコノマイザ回路５０を流れる冷媒のうち、エコノマイザ熱交換器４１を通過する冷媒量を減らし、バイパス回路５３を通過する冷媒量を増大させ、エコノマイザ出口Ｄに向かう冷媒の過熱度もしくは乾き度を下げた状態にし、ステップＳ１４に移行する。
【００９７】
ステップＳ１４では、制御ユニット７は、吐出冷媒温度Ｔｄが、吐出温度下限閾値Ｔｄｌを下回っている程度まで下げることができたか否かを判断する。ここで、吐出温度下限閾値Ｔｄｌを下回っている場合には、ステップＳ１５に移行する。吐出温度下限閾値Ｔｄｌを下回っていない場合には、ステップＳ１７に移行する。
【００９８】
ステップＳ１５では、制御ユニット７は、吐出冷媒温度Ｔｄを十分に低下させることができたため、バイパス開閉弁５４を閉状態に戻し、ステップＳ１０に移行して再び通常制御を行う。
【００９９】
ステップＳ１６では、制御ユニット７は、パルス制御によって、エコノマイザ膨張弁５２の弁開度を微小開度分だけ上げる制御を行い、エコノマイザ回路５０を流れる冷媒量（エコノマイザ出口Ｄで高段吸入冷媒配管３３に合流する冷媒量）を増大させた状態にして、ステップＳ１４に移行する。
【０１００】
ステップＳ１７では、制御ユニット７は、吐出冷媒温度Ｔｄが、吐出温度上限閾値Ｔｄｕを超えているか否かを判断する。ここで、吐出温度上限閾値Ｔｄｕを超えている場合には、ステップＳ１２に移行し、さらに吐出冷媒温度Ｔｄを低下させるための制御を進める。吐出温度上限閾値Ｔｄｕを超えていない場合には、ステップＳ１４に戻る。なお、ここで吐出温度上限閾値Ｔｄｕを超えていない場合には、吐出冷媒温度Ｔｄが、吐出温度上限閾値Ｔｄｕより低い温度であって、かつ、吐出温度下限閾値Ｔｄｌよりも高い温度である所定温度範囲に維持されている間は、ステップＳ１４とステップＳ１７の動作が繰り返され、吐出温度上限閾値Ｔｄｕを超えた場合にステップＳ１２に移行し、吐出温度下限閾値Ｔｄｌを下回った場合にステップＳ１５に移行することになる。
【０１０１】
（６）特徴
（６−１）
上記実施形態のコンテナ用冷凍装置１０では、エコノマイザ回路５０を利用することで、高段圧縮機２２が吸入する冷媒を冷やすことで、高段吐出冷媒配管３４を流れる冷媒の温度が異常上昇することを回避することができる。
【０１０２】
さらに、エコノマイザ膨張弁５２が全開状態になっている状態で高段吐出冷媒配管３４を流れる冷媒の温度が上昇した場合であっても、バイパス回路５３のバイパス開閉弁５４を開状態に切り換えることで、エコノマイザ冷媒配管５１を流れる冷媒がエコノマイザ熱交換器４１で加熱される程度を小さくして、エコノマイザ出口Ｄに向かう冷媒温度を下げることができる。これにより、高段吐出冷媒配管３４を流れる冷媒の温度が異常上昇することをより確実に回避することができる。
【０１０３】
（６−２）
コンテナ用冷凍装置１０の利用環境下について、例えば、庫外ＯＳの温度が非常に高温である場合には、ガスクーラ２７に対して庫外ファン２８によって供給される庫外ＯＳの空気温度も高いことになり、ガスクーラ２７の出口を流れる冷媒を十分に冷やすことが難しい（すなわち、図５のＰＨ線図において点Ｌをより左側（低エンタルピ側）にすることが難しい）。このため、ＰＨ線図上で等温線が右斜め下方向に傾斜する性質の冷媒を用いた場合には、吐出圧力を高めにすることで、ガスクーラ２７の出口を流れる冷媒のエンタルピを下げて、冷凍能力を確保することになる。
【０１０４】
他方で、庫内ＩＳの用途が冷蔵ではなく、０℃を大きく下回るような冷凍の用途で用いられる場合には、蒸発温度を低くすることが必要になるため、冷凍サイクルにおける低圧が下がることになる。
【０１０５】
そうすると、高圧と低圧との差圧が非常に大きくなり、サイクル効率が低下するだけでなく、高段圧縮機２２が吐出する冷媒温度が異常上昇しがちになってしまう。
【０１０６】
これに対して、上記実施形態のコンテナ用冷凍装置１０では、多段圧縮式の冷凍サイクルが採用されており、圧縮機構２３が低段圧縮機２１と高段圧縮機２２との複数の圧縮機が直列接続されて構成されている。これにより、１つの圧縮機が担う圧縮比を小さくすることができる。さらに、上記コンテナ用冷凍装置１０では、低段圧縮機２１から吐出された冷媒について、高段圧縮機２２に吸入される前に、インタークーラ２４によって冷却させることができる。さらに、上記コンテナ用冷凍装置１０では、エコノマイザ回路５０が採用されているため、高段圧縮機２２の吸入冷媒の温度をさらに下げることが可能になっている。しかも、エコノマイザ回路５０には、エコノマイザ膨張弁５２が設けられているため、冷媒回路１０ａの主回路側を流れる冷媒量と、エコノマイザ回路５０側を流れる冷媒量との比率を調節することが可能になっているため、高段圧縮機２２が吸入する冷媒温度を下げる程度を調節することが可能になっている。さらに、上記コンテナ用冷凍装置１０では、エコノマイザ回路５０のエコノマイザ膨張弁５２が全開状態となっており、これ以上エコノマイザ回路５０の流量を上げることができない状態において、高段圧縮機２２から吐出される冷媒温度が高い状態になった場合であっても、さらに、バイパス回路５３のバイパス開閉弁５４を開状態に切り換えることで、高段圧縮機２２が吸入する冷媒温度をさらに下げることが可能になる。これにより、高段圧縮機２２から吐出される冷媒温度が異常上昇することを防ぐことが可能になっている。このように高段圧縮機２２から吐出される冷媒温度の異常上昇を防ぐことにより、冷媒の劣化、冷媒とともに用いられる冷凍機油の劣化、高段圧縮機２２の各種モータや駆動部の熱による損傷等を防ぐことができる。
【０１０７】
（７）他の実施形態
本発明の実施形態は、上記実施形態に限られるものではなく、例えば、以下の実施形態も本発明の実施形態に含まれる。
【０１０８】
（７−１）
上記実施形態では、バイパス回路５３にバイパス開閉弁５４が設けられておりエコノマイザ入口Ｆ近くにエコノマイザ膨張弁５２が設けられたエコノマイザ回路５０を有する冷媒回路１０ａを例に挙げて説明した。
【０１０９】
しかし、本発明の実施形態としては、これに限られるものではない。
【０１１０】
例えば、図９に示す、エコノマイザ回路２５０を有する冷媒回路２１０ａであってもよい。なお、エコノマイザ回路２５０以外の構成については、上記実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１１１】
冷媒回路２１０ａのエコノマイザ回路２５０は、エコノマイザ冷媒配管２５１、エコノマイザ膨張弁２５２、バイパス回路２５３、および、バイパス膨張弁２５４を有している。
【０１１２】
エコノマイザ冷媒配管２５１は、図９に示すように、高段側接続冷媒配管３５の途中（ガスクーラ２７の出口とエコノマイザ熱交換器４１の主回路側の入口との間）であるエコノマイザ入口Ｆから分岐し、エコノマイザ熱交換器４１を介して、高段吸入冷媒配管３３の途中（インタークーラ２４の出口と高段圧縮機２２の吸入側との間）のエコノマイザ出口Ｄまで伸びている。
【０１１３】
バイパス回路２５３は、エコノマイザ冷媒配管２５１のうち、エコノマイザ熱交換器４１の上流側（一方側）と下流側（他方側）とを接続する冷媒配管である。このバイパス回路２５３の上流側は、エコノマイザ冷媒配管２５１のうちエコノマイザ入口Ｆとエコノマイザ熱交換器４１の主回路側の入口との間であるバイパス上流側入口Ｘで分岐し、エコノマイザ冷媒配管２５１のうちエコノマイザ熱交換器４１の出口とエコノマイザ出口Ｄとの間であるバイパス出口Ｋまで伸びている。バイパス回路２５３の途中には、バイパス膨張弁２５４が設けられている。このバイパス膨張弁２５４は、制御ユニット７によって弁開度がパルス制御されることで、微小開度の調節が可能になっている。
【０１１４】
エコノマイザ膨張弁２５２は、エコノマイザ冷媒配管２５１におけるバイパス上流側入口Ｘとエコノマイザ熱交換器４１の入口との間に設けられている。エコノマイザ膨張弁２５２は、制御ユニット７によって弁開度がパルス制御されることで、微小開度の調節が可能になっており、通過する冷媒量の調節や、冷媒の減圧程度の調節を行う。
【０１１５】
以下、冷媒回路２１０ａによる冷凍サイクルの動作例を説明する。
【０１１６】
制御ユニット７は、バイパス回路２５３のバイパス膨張弁２５４を全閉状態に維持しつつ、操作パネル７３を介してユーザから受け付けた設定温度を実現させるように、上記実施形態と同様の通常制御を行う。
【０１１７】
制御ユニット７は、この通常制御を行いながら、高段圧縮機２２から吐出される冷媒温度を把握し、吐出冷媒の温度が異常上昇した場合に、エコノマイザ膨張弁２５２の弁開度を上げる、および／または、バイパス回路２５３のバイパス膨張弁２５４の弁開度を上げる、という吐出温度制御を行う。この吐出温度制御では、高段圧縮機２２から吐出される冷媒の温度（吐出冷媒温度Ｔｄ）が、予め定めた吐出温度上限閾値Ｔｄｕより低い温度であって、かつ、予め定めた吐出温度下限閾値Ｔｄｌよりも高い温度である所定温度範囲に維持することができるように、エコノマイザ膨張弁２５２の弁開度、および／または、バイパス膨張弁２５４の弁開度の制御を行う。
【０１１８】
以下、図１０の制御フローチャートを参照しながら、制御の流れを説明する。
【０１１９】
ステップＳ４０では、制御ユニット７は、上述の通常制御を続ける。
【０１２０】
ステップＳ４１では、制御ユニット７は、吐出冷媒温度Ｔｄが、吐出温度上限閾値Ｔｄｕを超えているか否かを判断する。ここで、吐出温度上限閾値Ｔｄｕを超えている場合には、ステップＳ４２に移行する。吐出温度上限閾値Ｔｄｕを超えていない場合には、ステップＳ４０に戻り、通常制御を続ける。
【０１２１】
ステップＳ４２では、制御ユニット７は、エコノマイザ膨張弁２５２の弁開度が全開状態になっているか否かを判断する。ここで、エコノマイザ膨張弁２５２の弁開度が未だ全開状態になっていない場合には、ステップＳ４４に移行する。エコノマイザ膨張弁２５２の弁開度が既に全開状態になっていた場合には、ステップＳ４３に移行する。
【０１２２】
ステップＳ４３では、制御ユニット７は、全閉状態に維持されていたバイパス膨張弁２５４の弁開度を微小開度分だけ上げて、エコノマイザ回路２５０を流れる冷媒のうち、エコノマイザ熱交換器４１を通過する冷媒量を減らし、バイパス回路２５３を通過する冷媒量を増大させ、エコノマイザ出口Ｄに向かう冷媒の過熱度もしくは乾き度を下げた状態にし、ステップＳ４５に移行する。
【０１２３】
ステップＳ４４では、制御ユニット７は、パルス制御によって、エコノマイザ膨張弁２５２の弁開度を微小開度分だけ上げる制御を行い、エコノマイザ回路２５０を流れる冷媒量（エコノマイザ出口Ｄで高段吸入冷媒配管３３に合流する冷媒量）を増大させた状態にして、ステップＳ４５に移行する。
【０１２４】
ステップＳ４５では、制御ユニット７は、吐出冷媒温度Ｔｄが、吐出温度上限閾値Ｔｄｕから所定値αだけ小さな値と等しくなっているか否かを判断する。ここで、吐出温度上限閾値Ｔｄｕから所定値αだけ小さな値と等しくなっている場合には、ステップＳ４５を繰り返す。ここで、αを小さな値として設定しておくことで、吐出冷媒温度Ｔｄを、吐出温度上限閾値Ｔｄｕに近い値で維持することが可能になる。なお、吐出温度上限閾値Ｔｄｕから所定値αだけ小さな値と等しくなっていない場合には、ステップＳ４６に移行する。
【０１２５】
ステップＳ４６では、制御ユニット７は、吐出冷媒温度Ｔｄが、吐出温度上限閾値Ｔｄｕから所定値αだけ差し引いて得られる値よりも大きいか否かを判断する。ここで、吐出温度上限閾値Ｔｄｕから所定値αだけ差し引いて得られる値よりも大きい場合には、ステップＳ４７に移行する。吐出温度上限閾値Ｔｄｕから所定値αだけ差し引いて得られる値よりも大きくない場合には、ステップＳ４８に移行する。
【０１２６】
ステップＳ４７では、制御ユニット７は、バイパス膨張弁２５４の弁開度を微小開度分だけ上げると同時に、エコノマイザ膨張弁２５２の弁開度を微小開度分だけ下げる制御を行い、エコノマイザ回路２５０のエコノマイザ出口Ｄに向かう冷媒の過熱度を下げた状態にして、ステップＳ４５に戻る。
【０１２７】
ステップＳ４８では、制御ユニット７は、バイパス膨張弁２５４の弁開度を微小開度分だけ下げると同時に、エコノマイザ膨張弁２５２の弁開度を微小開度分だけ上げる制御を行い、エコノマイザ回路２５０のエコノマイザ出口Ｄに向かう冷媒の過熱度を上げた状態にして、ステップＳ４９に移行する。
【０１２８】
ステップＳ４９では、制御ユニット７は、バイパス膨張弁２５４の弁開度が全閉状態になっているか否かを判断する。バイパス膨張弁２５４の弁開度が全閉状態になっている場合には、ステップＳ４０の通常制御に戻る。バイパス膨張弁２５４の弁開度が全閉状態になっていない場合には、ステップＳ４５に戻る。
【０１２９】
以上の本他の実施形態（７−１）の制御によると、エコノマイザ回路２５０を流れる冷媒量の変動幅を小さく抑えながら、エコノマイザ冷媒配管２５１からエコノマイザ出口Ｄに向かう冷媒の過熱度を微調節することが可能になる。
【０１３０】
なお、エコノマイザ膨張弁２５２の弁開度の調整開度分とバイパス膨張弁２５４の弁開度の調整開度分とを適宜組み合わせることにより、エコノマイザ回路２５０を流れる冷媒量を増大させながらエコノマイザ冷媒配管２５１からエコノマイザ出口Ｄに向かう冷媒の過熱度を上げる制御、エコノマイザ回路２５０を流れる冷媒量を増大させながらエコノマイザ冷媒配管２５１からエコノマイザ出口Ｄに向かう冷媒の過熱度を下げる制御、エコノマイザ回路２５０を流れる冷媒量を減少させながらエコノマイザ冷媒配管２５１からエコノマイザ出口Ｄに向かう冷媒の過熱度を上げる制御、および、エコノマイザ回路２５０を流れる冷媒量を減少させながらエコノマイザ冷媒配管２５１からエコノマイザ出口Ｄに向かう冷媒の過熱度を下げる制御を行うことが可能になる。これにより、エコノマイザ効果をできるだけ得ながら、高段圧縮機２２から吐出される冷媒温度を下げることが可能になる。
【０１３１】
（７−２）
上記実施形態および上記他の実施形態（７−１）では、高段吐出冷媒配管３４を流れる冷媒温度を高段吐出冷媒温度センサ６７によって把握して、制御ユニット７が高段圧縮機２２から吐出される冷媒温度を下げるための制御を行う場合を例に挙げて説明した。
【０１３２】
しかし、本発明の実施形態としては、これに限られず、例えば、高段圧縮機２２に吸入される冷媒の過熱度を把握して、制御ユニット７が高段圧縮機２２から吐出される冷媒温度を下げるための制御を行うようにしてもよい。この、制御ユニット７による高段圧縮機２２に吸入される冷媒の過熱度の把握は、特に限定されるものではないが、例えば、中間圧圧力センサ６３が検知する冷媒圧力に相当する冷媒飽和温度を特定し、この冷媒飽和温度と中間冷媒温度センサ６４との差から、把握するようにしてもよい。
【０１３３】
さらに、制御ユニット７は、冷媒回路１０ａにおける冷媒の凝縮温度や、高段吐出冷媒配管３４を流れる冷媒の過熱度や、高段圧縮機２２が吸入する冷媒温度等に基づいて、制御ユニット７が高段圧縮機２２から吐出される冷媒温度を下げるための制御を行うようにしてもよい。
【０１３４】
（７−３）
上記実施形態および上記他の実施形態（７−１）では、エコノマイザ膨張弁５２やエコノマイザ膨張弁２５２が全開状態になった後で、バイパス開閉弁５４やバイパス膨張弁２５４の弁開度を上げる、という制御を行う場合を例に挙げて説明した。
【０１３５】
しかし、本発明の実施形態としては、これに限られず、例えば、エコノマイザ膨張弁５２やエコノマイザ膨張弁２５２が全開より狭い開度である所定開度まで弁開度が上げられた時点で、バイパス開閉弁５４やバイパス膨張弁２５４の弁開度を上げる、という制御を行うようにしてもよい。なお、この所定開度としては、エコノマイザ効果をできるだけ得るという観点からは、全開に近い状態が好ましく、例えば、全開状態の８０％以上の開度であってもよい。
【０１３６】
（７−４）
上記実施形態では、エコノマイザ膨張弁５２が全開状態になった後に、そのエコノマイザ膨張弁５２の全開状態を維持したままで、バイパス開閉弁５４を開状態にする、という制御を行う場合を例に挙げて説明した。
【０１３７】
しかし、本発明の実施形態としては、これに限られず、例えば、エコノマイザ膨張弁５２が全開状態になった後に、そのエコノマイザ膨張弁５２の開度を微小開度だけ狭めると同時に、バイパス開閉弁５４を開状態にする、という制御を行うようにしてもよい。この場合には、エコノマイザ熱交換器４１における熱交換量が急激に変動することを避けることが可能になる。
【０１３８】
（７−５）
上記実施形態および上記他の実施形態（７−１）では、外部収納室ＳＰ１に配置されたガスクーラ２７の内部を流れる冷媒を、庫外ＯＳの空気によって冷却し、内部収納室ＳＰ２に配置された蒸発器４６の内部を流れる冷媒によって庫内ＩＳの空気を冷却させる場合を例に挙げて説明した。
【０１３９】
しかし、本発明の実施形態の熱媒体としては、これらに限られるものではない。例えば、ガスクーラ２７の内部を流れる冷媒の冷却媒体としては、庫外ＯＳの空気ではなく、水等の冷却媒体を用いてもよい。また、蒸発器４６の内部を流れる冷媒によって冷却する対象は、庫内ＩＳの空気である必要はなく、庫内ＩＳと内部収納室ＳＰ２との間で循環している二次冷媒であってもよい。庫外ファン２８や庫内ファン４７は、これらの熱媒体の種類に応じて、適宜、ポンプ等に取って換えることができる。
【０１４０】
（７−６）
上記実施形態および上記他の実施形態（７−１）では、圧縮機構２３として、低段圧縮機２１と高段圧縮機２２を有する二段圧縮機構である場合を例に挙げて説明した。
【０１４１】
しかし、本発明の実施形態としては、これに限られず、例えば、コンテナ用冷凍装置は、三段以上の多段圧縮機構を備えていてもよい。
【０１４２】
（７−７）
上記実施形態および上記他の実施形態（７−１）では、低段圧縮機２１と高段圧縮機２２とのそれぞれがインバータ駆動される場合を例に挙げて説明した。
【０１４３】
しかし、本発明の実施形態としては、これに限られず、例えば、コンテナ用冷凍装置は、複数の圧縮機の駆動軸が共通化された同軸駆動圧縮機構を備えていてもよい。
【０１４４】
（７−８）
本発明の実施形態としては、上記実施形態および他の実施形態（７−１）〜（７−７）の各実施形態を部分的に組み合わせることで構成される実施形態についても、当然に、含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明のコンテナ用冷凍装置は、高段圧縮機構から吐出される冷媒の温度を低く抑えることが可能であるため、ガスクーラ内を流れる冷媒を冷却させるための冷却媒体の温度が高い環境下で、冷凍サイクルの高圧側の圧力を高めつつ冷凍サイクルの低圧側の圧力を下げる制御を行うコンテナ用冷凍装置において特に有用である。
【符号の説明】
【０１４６】
１  冷凍車両
２  コンテナ
３  トレーラ
４  トラクタ
７  制御ユニット（制御部）
１０  コンテナ用冷凍装置
１０ａ  冷媒回路
２１  低段圧縮機（低段圧縮機構）
２２  高段圧縮機（高段圧縮機構）
２３  圧縮機構
２４  インタークーラ
２７  ガスクーラ
４１  エコノマイザ熱交換器
４３  第１膨張弁（膨張機構）
４５  第２膨張弁（膨張機構）
４６  蒸発器
５０  エコノマイザ回路
５２  エコノマイザ膨張弁（中間膨張弁）
５３  バイパス回路
５４  バイパス開閉弁（バイパス弁）
６３  中間圧圧力センサ（検出部）
６４  中間冷媒温度センサ（検出部）
６６  高圧圧力センサ（検出部）
６７  高段吐出冷媒温度センサ（検出部）
２５２  エコノマイザ膨張弁（中間膨張弁）
２５４  バイパス膨張弁（バイパス弁）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１４７】
【特許文献１】特開２０１１―１１２２７０号公報
【図１】
2013064573.tif 000003
【図２】
2013064573.tif 000004
【図３】
2013064573.tif 000005
【図４】
2013064573.tif 000006
【図５】
2013064573.tif 000007
【図６】
2013064573.tif 000008
【図７】
2013064573.tif 000009
【図８】
2013064573.tif 000010
【図９】
2013064573.tif 000011
【図１０】
2013064573.tif 000012